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TU Berlin

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Forschung

Viel dünner als ein Spinnenfaden

Freitag, 16. Dezember 2011

Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik für die Entwicklung von kleinsten Bauteilen im Werkzeugmaschinenbau eröffnet

An den Scheren (v. l. n. r.): Peter Bayerer (Architekt), Alfred Gossner (Vorstand Fraunhofer-Gesellschaft), Eckart Uhlmann (Institutsleiter Fraunhofer IPK und Fachgebietsleiter Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik am IWF der TU Berlin), Ulrike Gutheil
Lupe

Optimale Bedingungen für feinste Bearbeitungstechnologien und perfekte Voraussetzungen für Spitzenleistungen in Forschung und Entwicklung - das bietet das neue Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik (AMP). Das hochmoderne Laborgebäude, wurde am 25. November feierlich eröffnet. Es ist speziell auf die besonderen Bedürfnisse von Hoch- und Ultrapräzisionstechnologien abgestimmt. Mit Unterstützung der Fraunhofer-Gesellschaft, des Berliner Senats, des BMBF und der TU Berlin konnten knapp fünf Millionen Euro mobilisiert werden. Dafür, dass sich das neue AMP-Gebäude lückenlos in die bestehende Architektur des nunmehr um 2400 Quadratmeter erweiterten Produktionstechnischen Zentrums (PTZ) einfügt, sorgte der Architekt Professor Peter Bayerer. Er war bereits in den 1980er-Jahren an der Planung des preisgekrönten PTZ-Hauptgebäudes beteiligt und hat auch den hochmodernen Komplex aus Labor- und Büroflächen entworfen.

Hier arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK), das von Prof. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann geleitet wird, und des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin zusammen an der Entwicklung von Mikrokomponenten und mikrostrukturierten Bauteilen, der Optimierung von Prozessketten für die Serien- und Massenfertigung, an dem Test komplexer Mikrosysteme sowie an der Entwicklung ganzer Werkzeugmaschinen.

Bis zu 100 Nanometer klein sind die Bauteile und Strukturen, die moderne Maschinen heute bearbeiten können. Das entspricht 10-7 Metern oder dem Zehntel der Dicke eines Spinnenfadens. Entsprechend klein sind die Werkzeuge der Mikroproduktionstechnik - und entsprechend empfindlich reagieren sie auf Umgebungseinflüsse. Würde man beispielsweise ein Auto exakt im Verhältnis 1:100 nachbauen, würde es sich mit Sicherheit nicht proportional zu dem großen Vorbild verhalten, denn Materialausdehnungen aufgrund von leichten Temperaturschwankungen wirken sich überproportional stark auf die winzigen Teile aus. Dasselbe gilt für Werkzeugmaschinen. Mit einem veränderten Maßstab ist es auch hier nicht getan. Jede Präzisionsmaschine für die Mikroproduktionstechnik muss deshalb weitgehend neu erfunden werden. Der Präzisionsmaschinenbau ist eine der Kernkompetenzen im AMP. So wurden mit mittelständischen Partnerunternehmen Multitalente unter den Präzisionsmaschinen geschaffen: Sie kombinieren Schrupp- und Schlichtfräser, Abtraglaser und optische Inprozessmesstechnik oder Abtraglaser und eine rotierende, hochfrequent oszillierende Stiftelektrode zur Funkenerosion.

Wo produzierte Teile oder Strukturen mit dem Auge kaum erkennbar sind, entgehen Produktionsabweichungen von wenigen Prozent der Wahrnehmung allemal. Kein Hersteller kann es sich leisten, jedes einzelne Teil von seinen Mitarbeitern unter dem Mikroskop auf Fehler prüfen zu lassen - eine ohnehin sehr ungenaue Methode der Qualitätssicherung. Im AMP werden deshalb auch Messtechniken entwickelt, die mit höchster Genauigkeit automatisiert bestimmen, ob ein winziges Produkt Gutteil oder Ausschuss ist. Die optischen und taktilen Messgeräte des AMP helfen bei der raschen Parameterbestimmung. Für eine kontinuierliche Prozessüberwachung werden die Sensoren direkt in den Arbeitsraum der Präzisionsmaschinen integriert. Sie sammeln permanent Informationen etwa zu Genauigkeit, Geschwindigkeit und Verschleiß im Fertigungssystem.

Im AMP wird in einem Highlight-Projekt außerdem die Verknüpfung der Biotechnologie mit den klassischen Ingenieurwissenschaften vorangetrieben. In der interdisziplinär aufgestellten Nachwuchsgruppe "PrE-BioTec" greifen Kompetenzen der Mikrobiologie und Genetik mit produktionstechnischem Know-how ineinander: Forschende der Fachgebiete Fertigungstechnik, Werkstoffwissenschaften, Biologie und Mikrobiologie entwickeln innovative biotechnologische Verfahren zur Anwendung im industriellen Kontext. Im Zentrum der Arbeit steht die sogenannte zellfreie Biotechnologie. Wichtigster Forschungsgegenstand ist die Entwicklung und Optimierung von Bioreaktoren im Mikroliterbereich, in denen die Synthese ablaufen kann. So kann der Materialverbrauch signifikant verringert und der Probendurchsatz erhöht werden.

Steffen Pospischil, M. A., Fraunhofer IPK / Quelle: Hochschulzeitung "TU intern", 12/2011

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